摘要：隨著環境汙染的加重，機動車尾氣對環境的影響備受關注。為了對環境汙染狀況及原因進行探究，設計了基於物聯網的交通環境監測平臺。在高速公路兩旁建立交通環境質量監測路邊站，實時接收資料並進行資料解析、轉儲和稽核，與環保部門的汙染標準進行比對，獲得實時環境監測情況。該平臺首次應用動態協議表支援不同硬體公司的資料傳輸和資料解析，監測汙染情況，探究汙染原因，為進一步改善環境空氣質量提供科學資料支援。
關鍵詞：環境汙染；環境監測；資料傳輸；資料解析
引言
建設交通環境監測資料介面，通過對資料接收、解析、轉儲和稽核，可以有效掌握交通運輸環境中的空氣質量和水質狀況。環境監測工作發展經歷了典型汙染事故調查監測、汙染源監督性監測和環境質量監測３個階段［１］。應用自動控制技術、資料通訊技術、資料庫技術、地理資訊科技等建立完善而先進的數字化環境監控體系，是交通環境監控工作建設的一項重要內容和發展趨勢［２］。我國把物聯網確定為國家科研和產業發展戰略規劃。結合物聯網技術對空氣、水質、噪音等環境因子的採集和處理，建設一個集智慧感知、智慧處理、綜合管理為一體的交通環境綜合資訊管理平臺，已經成為我國交通行業環境保護與物聯網技術相結合的典型應用。
１系統設計
環境線上監測資料互動是交通環境監測系統中的重要環節，是實現交通環境實時動態監測的有效手段。本系統在合適的點位安裝各種智慧監測儀器裝置和資料採集傳輸儀。交通環境監測平臺融合交通運輸、環境保護等多個部門，採集水質、空氣、噪聲等各方面監測因子組成一個複合系統，監測範圍覆蓋水質、空氣質量、噪聲、生態環境等多個領域，通過無線傳輸或有線傳輸方式與交通環境監控中心的通訊伺服器相連線，傳輸通訊包。通訊包主要由包頭、資料段長度、資料段、ＣＲＣ（迴圈冗餘碼校驗）以及包尾組成。其中資料段包含請求編號、系統編號、命令編號、裝置唯一標準、密碼標誌位等，通訊包組成如圖１所示。採集裝置將通訊包實時傳輸到監控中心，儲存在資料庫伺服器上，並進行解析轉儲和稽核，為交通環境監控中心各種應用軟體提供基礎資料。該平臺提供人工錄入資料介面，並由監測中心完成對資料的採集、處理、分析與釋出。圖１通訊包組成通過建立交通環境資訊監測資料中介軟體介面，實現對各站點實時的水質和空氣質量監測，完成實時資料採集、儲存、環境資訊統計分析和資料共享功能。
２系統接收端資料處理
資料處理部分主要指對採集的資料進行接收、解析、轉儲和稽核。通過各硬體廠商提供的資料對接介面與下位機進行互動（其中包括採集資料接收、丟失資料實時反補），根據資料傳輸協議對已接收資料進行實時解析並儲存，後臺系統對通訊包的有效資料進行儲存和分析，並將分析結果以介面形式共享到雲平臺。
２．１資料採集該平臺中資料採集分為自動採集和人工採集兩種方式。自動採集是指資料採集器通過相關通訊鏈路，按照一定的時間間隔對各監測站點的環境質量資料進行採集。經過資料驗證後，通過資料傳輸網路傳送到系統資料庫裡。人工採集是智慧分析儀器在網路中斷不能運轉情況下，經取樣送往交通環境監測中心實驗室試驗分析後，通過手工方式錄入到系統中［３］。
２．２資料接收資料接收技術主要通過資料接收軟體實現。資料接收軟體對上報資料進行處理，把報文的主要資訊內容插入到資料庫檢視中。資料接收軟體基於Ｓｏｃｋｅｔ通訊技術接收資料報文，解析後得到原始資料，並將資料儲存到臨時資料庫。Ｓｏｃｋｅｔ是對ＴＣＰ／ＵＤＰ協議的封裝，呼叫介面（ＡＰＩ），通過Ｓｏｃｋｅｔ可以方便地使用ＴＣＰ／ＵＤＰ協議。ＴＣＰ是面向連線的可靠傳輸協議，通訊前建立三次握手，握手成功後再進行通訊。ＵＤＰ是直連，沒有重傳和確認機制，實時性要求較高。Ｊａｖａ程式語言提供了許多可以整合網路程式設計技術的類庫，本文采用基於ＪＡＶＡＮＩＯ的ＡｐａｃｈｅＭＩＮＡ框架。ＭＩＮＡ是一個開發高效能和高可伸縮性網路應用程式框架，底層用ＪＡＶＡＮＩＯ實現，無阻塞非同步傳輸，可以處理併發量大的資料傳輸。Ｍｉｎａ提供了事件驅動、非同步操作的程式設計模型，通過過濾器鏈（ＦｉｌｔｅｒＣｈａｉｎ）實現高擴充套件性，同時提供協議框架，對應用層來說程式設計更方便［４］。
２．３資料分析該平臺具有動態協議，支援不同公司的硬體採集協議，資料協議表對上位機採集到的資料進行傳輸和解析。資料打包傳送給平臺，通過預先制定好的編碼與解碼方式對資料包進行拆分，通過觸發對資料進行處理，分１５秒資料、１０分鐘資料、日資料和月資料儲存在相應的資料表中，並對打包來的資料進行解析，獲取標準協議包中的有效資料。接收後的資料需標記資料狀態，為以後資料稽核、補遺或統計提供依據。採集到的資料結果分析可根據車流量的變化情況給予實時高效準確的分析，再通過環境汙染標準進行比較和判斷。資料設計分為基本資訊管理類表、空氣監測資訊類表、水質監測資訊類表、噪聲監測資訊類表和交通環境資料中心類表。資料分析包括對採集到的資料進行比對和運算，其中對單值資料與均值等進行比較，檢視單值與均值是否處於常態，資料是否符合監測結果的動態變化規律。運用公式對資料進行運算，如汙染物的濃度、超標率等，通過後臺計算得出科學精確的分析結果，找出環境要素的變化特點及相互聯絡。如果出現單值或均值等資料異常情況，則進入稽核和補採流程，對資料進行修復。
２．４資料稽核稽核具有兩個功能：①對缺失資料進行補充；②對異常資料進行稽核並重新置入資料。被監測到的資料首先儲存到原始資料庫中，然後傳入資料中心，進入資料中心的.資料必須進行資料有效性稽核。如果有資料缺失則進行補採，如果儀器資料也缺失則進行演算法補遺，補全後的資料儲存在原始資料庫。系統可對網路異常情況下丟失的資料進行補採，通過前端平臺傳送資料補採指令，從下位機重新補採歷史監測資料，補採的資料仍需進行稽核。補採後資料實時傳輸到監控中心，並存儲在資料庫伺服器上。稽核過程如圖３所示。設定稽核條件，結合資料狀態標記對資料進行稽核，並對稽核後的資料分故障資料、標定資料、超標資料、異常資料進行標註。如果發現單值或均值異常資料，則也在此進行補採，補採後的資料再次進入資料分析過程，進而保證為交通環境監控中心提供完整準確的基礎資料。
３結語
隨著交通運輸業的迅速發展，對於交通環境保護的要求越來越高。基於物聯網的交通環境資料接收平臺是物聯網技術在環保領域的智慧應用。該平臺可以準確接收和分析硬體裝置傳輸的資料，與環保部門的標準進行比對，得出汙染程度，進行環境治理。基於物聯網的交通運輸環境監測網路可準確、及時、全面地反映高速公路的環境質量現狀及各類汙染源排汙達標情況，有效提高汙染控制、超標處理的執行效率，提高了環境監測水平，為環境管理、規劃編制、汙染防治提供了資料與技術支撐。